КОНСТРУКЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

4. КОНСТРУКЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Как отмечалось ранее (см.п. 1.1.) для маломощных солнечных энергоустановок наиболее эффективным является фиксированный сол­нечный коллектор. Так как фиксированный коллектор не является следящим устройством, то его ориентация играет особо важную роль в эффективности всей установки. Очевидно солнечный коллектор дол­жен быть ориентирован таким образом, чтобы за все время его ис­пользования он получал наибольшую суммарную энергию солнца.

Плотность солнечного излучения, поступающего на солнечный коллектор, определяется по формуле /18,37/:

, (4.1.1.)

где: S_к - суммарная за год плотность солнечного излучения на коллектор с параметрами ориентации  и , Вт/м²;

S_пi - плотность солнечного излучения на перпендикуляр­ную к нему площадку за i-тый промежуток времени, Вт/м²;

_i - средний угол солнца над горизонтом в i-тый период времени, град;

_сi - средний азимут солнца за i-тый период времени, град.

Учитывая, что метеорологические станции имеют наиболее полную информацию о плотности солнечного излучения на горизонтальную поверхность, выразим S_п через S_г /37/:

, (4.1.2.)

Тогда (4.1.1.) будет иметь вид:

, (4.1.3.)

Как видно из (4.1.3.) суммарная годовая плотность солнечного излучения на фиксированный коллектор зависит от двух параметров g и b.

Оптимальное значение угла g определяется из равенства /32/:

, (4.1.4.)

Проведем вычисления:

, (4.1.5.)

Воспользуемся тригонометрическим тождеством :

, (4.1.6.)

Обозначив, разделив (4.1.5.) на и с учетом (4.1.6.), получим:

, (4.1.7.)

Откуда определяем:

, (4.1.8.)

Или проведя обратную подстановку , окончатель­но получаем:

, (4.1.9.)

Как видно из (4.1.9.), оптимальный азимутный угол ориентации солнечного коллектора не зависит от угла его наклона к горизонту.

, (4.1.10.)

Оптимальный угол  определяется при условии  = _опт из условия:

, (4.1.11.)

Выполняем вычисления:

, (4.1.12.)

В результате расчетов получены следующие параметры ориента­ции солнечного коллектора:

- азимутный угол должен состовлять -12,5 град., т.е. солнеч­ный коллектор должен быть повернут на 12,5 град. на юго-восток;

- угол наклона к горизонтальной поверхности должен состов­лять 41,6 град.

Такая ориентация солнечного коллектора объясняется тем, что в Ростовской области в среднем за год в первой половине дня более ясная погода чем во второй половине дня.

Учитывая, что Зерноград расположен западнее поселка Гигант на 4,5 градуса, принимаем азимутальный угол солнечного коллектора равный 17 градусов.

5. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

5.1. Выбор электрических машин

Машина постоянного тока работает в двух режимах: генератор­ном и двигательном.

В режиме генератора МПТ должна обеспечивать только зарядку АБ. Так как в В-установке предусмотрено поддержание скорости вра­щения при изменении силы ветра, а режим зарядки АБ не является жестким ( напряжение зарядки может быть в пределах 13...20 В, а ток зарядки в пределах 0,1...1,3 I_з.н./ 1 /, где I_з.н.- номиналь­ный ток зарядки ), то для этих целей можно применить МПТ с любой системой возбуждения.

В режиме двигателя необходимо, чтобы обороты МПТ изменялись как можно меньше, при изменении нагрузки на валу, т.к. генератор переменного тока желательно вращать с постоянной скоростью. Для этих целей наиболее подходит МПТ параллельного возбуждения, у ко­торой зависимость оборотов от момента сопротивления или тока яко­ря слабо выражена/2,26/.

Генератор переменного тока предназначен для снабжения элект­роэнергией электроприемников сельской усадьбы, среди которых есть потребители как с активной нагрузкой (электроосвещение с лампами накаливания, электрокамины, утюги, инкубаторы), так и с активно-индуктивной нагрузкой (пылесосы, стиральные машины, теле радиоаппаратура и т.п.). В качестве ГПТ применяется синхронный генератор, который обеспечи­вает выработку электроэнергии достаточно высокого качества при любом виде нагрузки / 27 /.

Выбор электрических машин начинаем с ГПТ.

Максимальная эквивалентная мощность ( Pэнаг) нагрузки гене­ратора равна 1,1 кВт (зимний период). Выбираем генератор из усло­вия / 21,46 /:

Р_гн  Р_эmax =1.1(кВт) (5.2.1.)

где Р_гн - номинальная мощность генератора.

Принимаем синхронный генератор СГВ-6/500У1, технические ха­рактеристики которого следующие/30/:

Назначение - для ветроэнергетических установок;

Род тока - трехфазный переменный;

Частота тока - 50 Гц;

Напряжение номинальное - 400/230 В;

Мощность номинальная - 2,0 кВт;

Ток номинальный - 6,3 А;

Обороты номинальные - 500 об/мин;

К.П.Д. номинальный - 80/78,5 %

Коэффициент мощности номинальный - 0,8;

Напряжение возбудителя - 30 В;

Масса - 85 кг;

Вид климатического исполнения - У1;

Коэффициент искажения синусоиды напряжения - не более 10%;

Режим работы - S1.

Мощность на валу ГПТ определяется по формуле/21,46/:

, (5.2.2.)

где: Р_нагрi- мощность на валу генератора при i-той нагрузке, кВт;

h - к.п.д. генератора при i-той нагрузке.

Эквивалентная мощность на валу генератора определяется по формуле:

, (5.2.3.)

где t_i - продолжительность действия i-той нагрузки, ч.

Эквивалентная мощность на валу генератора ровна:

, (кВт)

Выбираем в качестве МПТ машину 2ПБВ112SУ1 со следующими техническими характеристиками /28/.

Назначение - двигатель и генератор;

Напряжение - 60 В;

Ток: - двигателя - 36 А;

- генератора - 28 А;

Скорость вращения - 500 об/мин;

Мощность:

- двигателя - 2,2 кВт;

- генератора - 1,7 квт;

К.П.Д. - 80% ;

Масса - 34,5 кг;

Режим работы - S1;

Максимальный момент, при (1,1Uв) - 50 Нм.

Выбранная машина постоянного тока нуждается в проверке толь­ко в двигательном режиме. При этом следует проводить проверку по нагреву, и по статической устойчивости /46/. Проверка по наг­реву ведется по условию /46/:

, (5.2.4.)

где: Р_н - номинальные потери мощности на нагрев, Вт;

Р_i - потери мощности на нагрев при i-той нагрузке, Вт.

, (5.2.5.)

где h_i - К.П.Д. двигателя при i-той нагрузке.

К.П.Д. при i-той нагрузке определяется по формуле/46/:

, (5.2.6.)

где:

a - отношение постоянных потерь к переменным.

Для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения a=1...1,5 /46/. Принимаем a= 1.

(Вт)

(Вт)

Выбранный двигатель проходит по допустимому нагреву. На ста­тическую устойчивость двигатель проверяется по условию /46/:

М_дв.мах  М_с.мах (5.2.7.)

где: М_дв.мах, М_с.мах - максимальный момент двигателя и гене­ратора соответственно, Нм.

Так как скорости вращения двигателя и генератора равны, то условие (5.2.7.) принимает вид:

, (5.2.8.)

Р_дв.mах=2600 Вт (при увеличении тока возбуждения на 10%)

(Вт)

Таким образом, проверка показала, что МПТ выбрана правильно. Окончательно принимаем машину постоянного тока 2ПБВ112SУ1.

Таблица 5.2.1.

5.2.Разработка принципиальной схемы электроснабжения.

Блок-схема системы электроснабжения представлена на листе 5. Система работает следующим образом. При наличии ветра ра­ботает В-установка, которая через муфту вращает МПТ и ГПТ. МПТ работает как генератор, который заряжает АБ через коммутатор ре­жимов КР. ГПТ подает напряжение на нагрузку. С-установка через коммутатор режимов КР также работает на зарядку АБ.

При отсутствии ветра или при сильном ветре В-установка оста­навливается и с помощью муфты отсоединяется от МПТ и ГПТ. АБ через КР подает питание на МПТ, которая работает как двигатель, вращаю­щий ГПТ. Таким образом ГПТ в отсутствии ветра вращается от МПТ, получающей электроэнергию от АБ. Так как МПТ потребля­ет ток, превышающий ток от С-установки, то одновременная подза­рядка АБ и их разрядка на МПТ недопустима. Для этого в системе предусмотрен КР, который подключает к С-установке только часть АБ, не задействованной на МПТ, и служит для сохранения вращения МПТ в режиме генератора и двигателя.

Соответствующая блок-схеме принципиальная схема приведенна на листе 5. Схема работает следующим образом.

При вращении под действием ветра ветроколеса переключатель SAI находится в положении 1(генераторное).В этом случае GB2(маши­на постоянного тока) работает в режиме генератора и через диодный мост VDI…VD6 заряжает 1/2 аккумуляторных батарей(например GB3). Во вращение от ветроколеса приводится и GB1 (генератор переменного тока), который подает напряжение к потребителям.

При остановке ветроколеса, переключатель SA1 переходит в по­ложение 2(двигательное) и через диодный мост VD1…VD6 напряжение с аккумуля­торных батарей GB3 подается на GB2, который в этом случае работает в двигательном режиме и вращает GB1 вместо ветроколеса..

В схеме предусмотрены:

- сигнализация напряжения на нагрузке и в цепях управления (HL1, HL2);

- защита силовой цепи (QF1, QF2);

- отсоединение электрических машин для ремонтных нужд (QS1).

Похожие работы

Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата "Колос"

Скачать

109448

20

7

... северных регионов за счет возведения двойной оболочки здания с использованием солнечной энергии можно обеспечить до 40% экономии тепла. Учитывая развитие технологий возобновляемой энергетики, с должной долей уверенности можно сказать о реальной возможности создания эффективной системы энергоснабжения удаленных от центральной энергосети сельских домов при условии комбинированного использования ...

Системы распознания текста и ввода данных

Скачать

36657

0

1

... словами можно сказать - BIOS - это набор программ, которые переводят понятные пользователю команды Windows на язык, понятный компьютеру. Если говорить более конкретно о системах ввода информации и распознания текста, стоит рассмотреть Windows XP Tablet PC Edition. Microsoft сопроводила выход новой версии громким девизом: "Новая операционная система с улучшенными возможностями рукописного ввода ...

Возобновляемые источники энергии: энергия ветра

Скачать

40179

0

2

... комплект генераторов на дизельном топливе можно запустить, синхронизировать и подключить к изолированной сети менее чем за две секунды. Преобразование энергии ветра является альтернативным возобновляемым источником энергии, чтобы заменить дорогостоящее топливо. Новые исследования технической осуществимости проектов использования ветроустановок совместно с дизельгенераторами в изолированных сетях ...

Солнечная энергетика

Скачать

74799

3

1

... дешевых подложках; выращивать слои GaAs на удаляемых подлож­ках или подложках многократного использования. Поликристаллические тонкие пленки также весьма перс­пективны для солнечной энергетики. Чрезвычайно высока способность к поглощению солнечного из­лучения у диселенида меди и индия (CulnSe2) - 99 % света погло­щается в первом микроне этого материала (ширина запрещенной зоны - 1,0 эВ) [4]. ...